基于CDMA 1X的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

在現(xiàn)有的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，常用的信息傳輸方式有：數(shù)字微波、數(shù)傳電臺、有線光纖、有線電纜等，數(shù)字微波和數(shù)傳電臺將受到傳輸距離及頻率許可的限制，而有線光纖和有線電纜的網(wǎng)絡成本較高，不適合監(jiān)控點非常分散及傳輸距離較遠的情況下使用。

針對監(jiān)控對象分散、各監(jiān)控節(jié)點間缺乏有機聯(lián)系、監(jiān)控信息量相對較少，實時性要求較低等特點，cdma 1x提供了一種很好的信息傳輸方式。

cdma 1x愿意是指cdma 2000的第一階段（速率高于is-95，低于2mb/s），可支持308kb/s的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡部分引入分組交換，可支持移動ip業(yè)務，是在現(xiàn)有cdma is-95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為cdma用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。

由于cdma 1x采用了反向相干解調(diào)，快速前向功控、發(fā)送分集、turbo編碼等新技術，其容量比is-95大為提高，從理論分析結果來看，如果用于傳送語音業(yè)務，cdma 1x系統(tǒng)的總容量是is-95系統(tǒng)的2倍，如果用于傳送數(shù)據(jù)業(yè)務，cdma 1x系統(tǒng)的總容量是is-95系統(tǒng)的3.2倍，cdma 1x理論帶寬可達300kb/s，目前的實際應用帶寬大約在100kb/s左右（雙向?qū)ΨQ傳輸），在此信道上提供tcp/ip連接，可以用于internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢谩?br>
2 基于cdma 1x的無線通信

2.1 組網(wǎng)方案

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)業(yè)務中心、通信網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)終端組成，綜合考慮業(yè)務數(shù)據(jù)量、安全性、可靠性、網(wǎng)絡狀況與成本等因素，采用下述組網(wǎng)方式：通信服務器以公網(wǎng)固定ip或固定的域名接入internet，cdma數(shù)據(jù)終端單元（dtu）上電后，主動與通信服務器建立連接，如果通信服務器沒有固定ip，可以通過安裝花生殼軟件獲得固定的域名，此方案具有成本低、通信質(zhì)量穩(wěn)定、安全性適中、運行可靠等特點。

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸原理

根據(jù)上述組網(wǎng)方案，數(shù)據(jù)的上行傳輸原理如下：

（1）下位機通過rs232串口將數(shù)據(jù)傳給dtu；

（2）dtu將數(shù)據(jù)打成tcp/ip包，發(fā)送到無線網(wǎng)絡；

（3）tcp/ip數(shù)據(jù)包經(jīng)系統(tǒng)分組數(shù)據(jù)服務節(jié)點，傳輸至internet上并且去尋找在internet上的一個指定的數(shù)據(jù)服務中心（通信服務器）；

（4）通信服務器將數(shù)據(jù)傳給上位機并存儲到歷史數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)的下行傳輸與上述過程相反，不再贅述，系統(tǒng)通信結構圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)設計

3.1 上位機設計

上位機包括實時監(jiān)控系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫兩部分。

實時監(jiān)控系統(tǒng)選用wonderware公司的intouch系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)管理功能；數(shù)據(jù)處理功能：包括數(shù)據(jù)查詢功能、數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)定時上報功能；告警功能：包括實時響應功能、告警聯(lián)動處理功能、告警設置功能、告警確認功能、告警存儲功能，操作控制功能，歷史數(shù)據(jù)庫選用wonderware公司的industrial sql server，主要實現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表功能、歷史數(shù)據(jù)查詢功能、歷史數(shù)據(jù)曲線圖、打印功能。

3.2 下位機設計

下位機選用abb ac31系列plc，包括cpu模塊和i/o模塊，cpu接收一個或多個指定監(jiān)控中心對設備的操作控制命令，通過i/o模塊對有關設備執(zhí)行相應的操作控制動作，并向監(jiān)控中心返回操作結果,下位機主要實現(xiàn)以下功能：

數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)據(jù)查詢功能，定時上報功能，操作控制功能。

3.3 cdma數(shù)據(jù)傳輸中斷

cdma數(shù)據(jù)傳輸中斷選用深圳宏電技術開發(fā)有限公司的cdma h7710 dtu該終端具有如下特點：

（1）h7710 dtu直接提供rs232/422/485接口，為用戶的數(shù)據(jù)設備提供透明、全雙工、對等的數(shù)據(jù)傳輸通道。

（2）普通gprs/cdma modem通常需要附著在pc機上虛擬撥號上網(wǎng)，利用pc機的資源進行數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉換，h7710 dtu內(nèi)置自動網(wǎng)絡連接和協(xié)議處理模塊，無需后臺計算機支持。

（3）h7710 dtu可以實現(xiàn)點-點、點-多點、中心-多點的對等數(shù)據(jù)傳輸，傳輸時延一般小于1s。

（4）h7710 dtu一開始就能自動附著到gprs或cdma網(wǎng)絡上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設備的數(shù)據(jù)。

（5）h7000移動數(shù)據(jù)通信可以不依賴于運營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設備，通過internet網(wǎng)絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡。

cdma h7710 dtu在使用前必須設定出事參數(shù)：cdma 1x網(wǎng)絡登陸用戶名和密碼，通信接口參數(shù)、通信服務器的固定ip地址和端口或者通信服務器的域名、dtu的在線工作方式等等。

3.4 通信服務器的設計與實現(xiàn)

通訊服務器是整個系統(tǒng)的樞紐，主要實現(xiàn)不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)傳輸，通信服務器的設計基于opc標準，opc可理解為過程控制的對象連接和嵌入（olc for process control）是在微軟操作系統(tǒng)下開發(fā)的用于應用程序接口的一種技術，基于client/server模式，為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通訊，在通訊服務器上需要裝3個軟件；wonderware公司的opclink，ioserver公司的ioserver，cdma server。通訊服務器的工作過程及各軟件之間的管理如圖2所示。

下面分別講述通訊服務器上的3個通訊軟件的功能及應用。

3.4.1 opclink

opclink是工作在windows平臺下的應用軟件，主要作用是通過協(xié)議轉換來實現(xiàn)opc服務器和intouch吳志劍的數(shù)據(jù)傳輸。opclink可以與現(xiàn)地或者遠程的opc服務器端軟件（如ioserver，rslinx）進行連接，他將intouch的命令轉換成opc協(xié)議然后發(fā)送到opc服務器端軟件，并從opc服務器端軟件讀取數(shù)據(jù)，返回到intouch。同樣，opclink也可以連接到現(xiàn)地或者遠程的intouch。

3.4.2 ioserver

ioserver的作用是實現(xiàn)不同協(xié)議間的數(shù)據(jù)傳輸，ioserver支持以下14種協(xié)議：modbus協(xié)議，ab協(xié)議、ascii協(xié)議、courier協(xié)議、dnp協(xié)議、ge協(xié)議、hr6000協(xié)議、iec103協(xié)議、kingfisher協(xié)議、loopback協(xié)議、melsec協(xié)議、omron協(xié)議、ti505協(xié)議、uca2協(xié)議。在本系統(tǒng)中，abb plc采用的是modbus協(xié)議、因此，ioserver從cdma server上讀取abb plc的數(shù)據(jù)，并轉換成tcp/ip協(xié)議，傳送給opclink。

ioserver的配置主要包含以下3部分：

（1）board（接口配置）：ioserver支持多種接口，其中最常用的是tcp/ip和串口，在配置接口的時候，需要定義所連接設備的協(xié)議；

（2）opc explorer：提供內(nèi)部測試的平臺，也可進行數(shù)據(jù)觀察和監(jiān)視。

（3）opc gateway：允許基于不同協(xié)議的各opc服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及ioserver和某個控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3.4.3 cdma server

在本系統(tǒng)中，使用visualc++6.0編寫cdma server軟件，cdma server作為整個系統(tǒng)的通訊樞紐，包括兩部分功能：與ioserver進行通訊，與dtu進行通訊。

cdma server與ioserver的通訊基于socket編程，采用tcp/ip協(xié)議進行傳輸，需要設置端口和ip地址，ioserver通過此端口和ip地址與cdma server建立通訊。

cdma server和dtu之間的通訊使用開發(fā)包中動態(tài)庫wcomm_dll.dll，該文件包括和dtu通訊所需要的全部api函數(shù)，包括服務的啟動、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、關閉服務等。

opc server與dtu的通信設計是基于開發(fā)工具包的用戶程序接口,即動態(tài)鏈接庫cdmagprs.dll，該庫包括了與dtu通信所需要的全部api函數(shù)，例如：

start_gprs_server：該函數(shù)用于啟動底層服務，服務啟動后和dtu通訊，啟動該服務后，主窗口中要有響應消息的函數(shù)，以便和底層服務通訊。

stop_gprs_server：停止服務；

do_read_proc：讀數(shù)據(jù)。底層服務接收到dtu發(fā)送的數(shù)據(jù)后，會向啟動服務函數(shù)中指定的dsc的窗口發(fā)送消息，該窗口中的消息響應函數(shù)應立即調(diào)用讀數(shù)據(jù)函數(shù)將dbu發(fā)送過來的數(shù)據(jù)讀出；

do_send_user_data：向dtu發(fā)送數(shù)據(jù)；

da_close_one_user：關閉一個dtu終端，令其下線；

do_close_all_user：關閉所有的在線dtu終端，一般停止服務前執(zhí)行該api。

由于windows基于消息驅(qū)動的，底層服務接收到遠端dtu的數(shù)據(jù)后，會向啟動函數(shù)的窗口發(fā)送一個消息，因此，我們可以在程序中定義一個消息響應函數(shù)來處理中心與dtu的數(shù)據(jù)傳輸，消息響應函數(shù)中，通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的數(shù)據(jù)接收函數(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)傳輸結束后，調(diào)用關閉服務函數(shù)來結束通訊。

4 實驗及結果分析

實驗步驟如下：

（1）設置dtu主要參數(shù)：

dtu身份識別碼：139********

在線報告時間間隔：40s

本地通訊端口：5001

最大傳輸包長：1000b

主dsc ip地址：219.229.3.24

（2）在cdma server上添加用戶，如圖3所示，其中終端端口與dtu上設置一致，為5001。網(wǎng)關出口端口，即cdma server與ioserver連接端口設置為5002。

（3）在ioserver上添加端口與設備，如圖4所示，在本系統(tǒng)中，由于ioserver和cdma server裝在同一臺機子上，因此ip地址設為127.0.0.1，端口號與cdma server提供的端口對應，即5002。

經(jīng)過上述步驟，已建立起ioserver和dtu之間的通訊，接下去只需要ioserver和opclink上配置具體的group和item即可，在此不再贅述。

本系統(tǒng)已應用到實際項目，與有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）降低了通訊線路的建設成本和維護成本；

（2）提高了系統(tǒng)的靈活性，監(jiān)控范圍不受地域限制，節(jié)點控制目標可以任意擴充。

（3）通訊線路比較穩(wěn)定，不易發(fā)生通訊故障，就算出現(xiàn)問題，也能迅速發(fā)現(xiàn)和排除。

5 結論

相信隨著cdma無線通信的高速發(fā)展和3g牌照的發(fā)布，必將引領無線通訊的潮流，而基于cdma無線通信的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，將會有更加廣泛的應用。